Chmiel tradycyjnie rozmnażany jest poprzez sztobry (sadzonki), czyli fragmenty zmodyfikowanych pędów tworzących karpę. Sztobry pozyskuje się z roślin chmielu podczas zabiegu cięcia karp. Jeżeli plantator wykorzysta do założenia nowej plantacji porażone sztobry, to przeniesie tym samym na nową plantację wszystkie patogeny zasiedlające podziemne pędy, w tym również w irusy i wiroidy utajone.

PROBLEM PLANTATORÓW

Używanie materiału sadzonkowego porażonego przez patogeny stanowi w naszym kraju niestety bardzo częstą praktykę, która w konsekwencji prowadzi do obniżenia produktywności chmielników. Takie plantacje już w momencie ich zakładania charakteryzują się niską zdrowotnością roślin, która spada wraz z wiekiem chmielników. Powszechne występowanie wirusów i wiroida utajonego w roślinach w naszym kraju, jak również ich wyraźny negatywny wpływ na jakość plonów wskazują na konieczność wprowadzenia do praktyki rolniczej materiału szkółkarskiego wolnego od tych czynników chorobotwórczych.

Fakt, że chmiel jest rośliną wieloletnią, uprawianą nawet kilkadziesiąt lat na tym samym stanowisku, stanowi dodatkowy problem. Brak zmianowania skutkuje bowiem nagromadzeniem patogenów zarówno w roślinach, jak i w glebie. Długoletnia uprawa w monokulturze powoduje systematyczne obniżanie zdrowotności roślin, co przyczynia się do osłabienia wzrostu i co najważniejsze dla plantatorów - skutkuje obniżeniem plonu i spadkiem jakości surowca. Szyszki porażonych roślin cechuje zmniejszona zawartość alfa- i beta-kwasów. Jak wykazują badania naukowe, wrażliwe odmiany mogą reagować obniżeniem zawartości alfa-kwasów nawet o 20-50 proc. Jest to wysoce niekorzystne zjawisko, skutkujące obniżeniem dochodu gospodarstw chmielarskich. Niska jakość surowca oznacza też straty dla firm zajmujących się przetwarzaniem szyszek na ekstrakt i granulat. Przy obniżonej zawartości alfa-kwasów wzrasta bowiem koszt przerobu szyszek. Stąd zasadność stosowania zdrowych, certyfikowanych sadzonek do zakładania nowych plantacji chmielu.

DLACZEGO WIRUSY SĄ TAKIE NIEBEZPIECZNE?

Wirusy, wiroidy i fitoplazmy to patogeny systemiczne, przenoszone z materiałem matecznym, rozmnażanym wegetatywnie. Nie można ich wyeliminować za pomocą chemicznych środków ochrony roślin. Ponadto nie da się ich wykryć na podstawie obserwacji wizualnej czy przy użyciu mikroskopu optycznego. W przypadku chmielu infekcja powodowana przez te patogeny ma charakter utajony, co oznacza, że porażone rośliny nie wykazują widocznych objawów chorobowych. Taka sytuacja uniemożliwia identyfikację osobników chorych i ich wcześniejszą eliminację z plantacji, co w konsekwencji prowadzi do niekontrolowanego rozprzestrzenienia patogenów. Najlepszym sposobem ograniczenia ich jest stosowanie zdrowego materiału szkółkarskiego do zakładania nowych plantacji.

Do najgroźniejszych wirusów występujących w roślinach chmielu należą: wirus mozaiki jabłoni Apple mosaic virus (ApMV) oraz wirus mozaiki chmielu Hop mosaic virus (HpMV). Spośród wiroidów najczęściej spotykany jest wiroid utajony chmielu Hop latent viroid (HLVd). Niestety, patogeny te występują powszechnie na plantacjach chmielu w naszym kraju. Bardzo łatwo rozprzestrzeniają się z sokiem chorych roślin przez mechaniczny kontakt podczas wykonywania zabiegów pielęgnacyjnych (ApMV, HLVd) bądź przenoszone są przez mszyce (HpMV). Jednak najbardziej powszechnym sposobem przenoszenia zarówno wirusów, jak i wiroida jest stosowanie materiału rozmnożeniowego pochodzącego z porażonych roślin.

NA POMOC PLANTATOROM

Naukowcy z Zakładu Hodowli i Biotechnologii Roślin IUNG podjęli się zadania wytworzenia i udostępnienia plantatorom zdrowego materiału sadzonkowego najważniejszych odmian chmielu uprawianych w Polsce. Realizacja tego celu była możliwa dzięki wykorzystaniu nowoczesnych metod biotechnologicznych. Pierwszym krokiem było uzyskanie zdrowych roślin matecznych. W celu uwolnienia roślin chmielu od wirusów i wiroida utajonego zastosowano metodę regeneracji merystemów wierzchołkowych w warunkach in vitro. Kolejnym krokiem było wegetatywne rozmnożenie zdrowych roślin matecznych przez sadzonki zielne. Co najważniejsze, na każdym etapie produkcji monitorowano zdrowotność roślin chmielu przeznaczonych do rozmnażania, a także uzyskanych sadzonek.

Wirusy zasiedlają zwykle całą roślinę. Atakują wszystkie jej części, przemieszczając się z komórki do komórki oraz wiązkami przewodzącymi. Szybko dzielące się komórki merystemu wierzchołkowego stanowią jednak pewien wyjątek. Są one bowiem w mniejszym stopniu zasiedlane przez czynniki chorobotwórcze niż wyspecjalizowane tkanki. Dlatego istnieje duże prawdopodobieństwo, że rośliny wyprowadzone bezpośrednio z merystemów wierzchołkowych będą wolne od patogenów.

Szczególna cecha merystemów polegająca na zdolności do ciągłego dzielenia się i różnicowania w określone tkanki i organy umożliwia odtworzenie całej rośliny nawet z bardzo małych fragmentów. Wielkość wyizolowanego merystemu, z którego uzyskuje się zdrową roślinę chmielu, waha się od 0,1 do 0,2 mm. Zabieg izolacji jest więc precyzyjny i czasochłonny. Odcięte w warunkach sterylnych merystemy przenoszone są następnie na odpowiednio dobrane podłoża wzrostowe zawierające składniki odżywcze oraz hormony stymulujące tworzenie pędów i korzeni. W ten sposób uzyskuje się młode roślinki z dobrze rozwiniętym systemem korzeniowym, które następnie wysadzane są do gleby. Niestety, metoda regeneracji z mery-stemów nie gwarantuje pełnej zdrowotności wszystkich uzyskanych w ten sposób roślin, dlatego bardzo ważnym elementem decydującym o powodzeniu metody jest diagnostyka wyprodukowanych roślin. Do wykrywania obecności wirusów stosuje się immunoenzymatyczną metodę DAS-ELISA, natomiast do detekcji wiroida, który pozbawiony jest białka płaszcza, wykorzystuje się metody molekularne oparte na technice RT-PCR. Metody te pozwalają w pełni ocenić zdrowotność otrzymanych roślin. Jedynie rośliny wolne od wirusów i wiroida utajonego mogą zostać wysadzone do szklarni, by stanowić tzw. rośliny mateczne, czyli materiał wyjściowy d o dalszych rozmnożeń.

100 TYS. ZDROWYCH SADZONEK

Produkcja zdrowych sadzonek chmielu polega na cyklicznym, wegetatywnym rozmnażaniu roślin matecznych metodą ukorzeniania sadzonek zielnych uzyskanych z fragmentów nadziemnych, zielonych pędów. Metoda jest wydajna, gdyż w trakcie sezonu wegetacyjnego z jednej rośliny matecznej można uzyskać ponad 100 roślin potomnych. W IUNG-PIB dzięki realizacji projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju wyprodukowano i przekazano plantatorom ponad 115 tysięcy sadzonek chmielu wolnych od wirusów i wiroida utajonego. Liczba ta wystarczy na obsadzenie ponad 50 ha plantacji. Bardzo ważny jest fakt, że plantatorzy otrzymują sadzonki ukorzenione w doniczkach, co umożliwia wysadzanie ich w warunkach polowych w dowolnym okresie sezonu wegetacyjnego. Produkowane sadzonki są nie tylko wolne od wirusów i wiroida utajonego, ale również pozbawione są patogenów grzybowych i szkodników.

OPŁACALNOŚĆ PRODUKCJI

Wdrożenie zdrowych sadzonek do uprawy stanowi ważny element dostosowania poziomu produkcji chmielu w Polsce do standardów europejskich oraz przyczynia się do wzrostu konkurencyjności polskiej branży chmielarskiej. Jednak przede wszystkim powoduje poprawę jakości surowca, co przekłada się bezpośrednio na wzrost dochodu gospodarstw. Wykazano, że surowiec pozyskany z roślin wolnych od wirusów i wiroida utajonego charakteryzuje się wyższą zawartością alfa- -kwasów i lepszym profilem aromatycznym. Największy wzrost koncentracji alfa-kwasów odnotowano u odmiany Puławski (o 21 proc.) i odmiany Magnat (o 18,3 proc.). Najkorzystniejsze zmiany w składzie olejków eterycznych zaobserwowano u odmian Marynka i Magnat, gdzie stwierdzono wzrost zawartości humulenu odpowiednio o 37,9 i 17 proc. przy jednoczesnym spadku zawartości myrcenu. Humulen to w branży browarniczej jeden z bardziej pożądanych związków. Nadaje piwu charakterystyczny chmielowo-żywiczny aromat. Myrcen jest komponentem obniżającym walory piwa. Dlatego wyższy stosunek humulenu do myrcenu oznacza korzystniejszy profil aromatyczny chmielu.

Eliminacja wirusów i wiroida utajonego wpłynęła pozytywnie na zawartość najważniejszych metabolitów wtórnych wykorzystywanych przez przemysł browarniczy. Surowiec pozyskany ze zdrowych roślin wykazał lepsze cechy jakościowe w porównaniu z surowcem pochodzącym z plantacji założonych przy użyciu tradycyjnego materiału szkółkarskiego. Spowodowało to wzrost zainteresowania zdrowym materiałem sadzonkowym zarówno ze strony browarów, jak i firm przetwarzających chmiel na produkty chmielowe, ponieważ okazało się, że dzięki użyciu zdrowych sadzonek można uzyskać większą ilość pożądanych składników przy tych samych nakładach finansowych.

Artykuł pochodzi z wydania 4/2016 miesięcznika Farmer